固定床反应器在均酐装置中的应用

黄裕娥　张东海

摘 要 固定床反应器是一种装填有固体催化剂或固体反应物用以实现多相反应过程的一种反应器。在当今化工企业的发展及世界能源的日益紧张的情况下，在工业生产中的节能降耗、减少投资、降低生产费用、提高经济效益尤为重要。由于固定床反应器具有许多特点，而被广泛应用于工业生产中。

关键词 均酐；固定床反应器；催化剂

中图分类号：TQ019 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）06-0081-02

随着化学工业及石油化工技术的发展，固定床反应器在化工生产中应用越来越广泛，在床层结构看，有固定床和移动床两种类型，尤其固定床用的比较多，一般都是将颗粒催化剂装填于固定床反应器中，形成催化剂反应床层，原料混合气通过固定床反应器时，催化剂在反应器列管中静止不动，混合气从催化剂颗粒间隙经过，通过催化氧化反应生成产物。固定床反应器适用于催化剂寿命时间较长的情况，不然经常更换比较麻烦。在均酐装置用固定床反应器，其结构相对比较简单，生产操作也比较方便。

1 固定床反应器的特点

南京化工职业技术学院实训基地有一套年产量为100吨的均酐生产装置，在生产装置中所用到的径向反应器是列管式固定床反应器，列管式固定床反应器又称填充床反应器，在列管里装填催化剂实现多相反应过程。催化剂通常呈颗粒状，根据形状、大小不同，在固定床反应器里填装一定高度的床层。床层静止不动，原料均四甲苯通过蒸汽加热、过滤，再由计量泵送入气化混合器中，通过热空气和原料均四甲苯气化混合，混合好后的混合气经过床层中的催化剂进行氧化反应，生产产物。固定床反应器主要用于实现气固相催化反应，生产实践证明，与轴向反应器相比，固定床反应器的优点：1）床层阻力较小。由于物料混合气径向流动，通过的混合气截面积大。在反应器床层体积一定时，混合气流过床层的压力降小，所以径向床层阻力较小。2）空气流速大。因为床层阻力小，在生产过程中可以采用高空速操作，提高装置的生产能力。

2 固定床反应器的组成

图1 氧化反应器结构图

在均酐装置中，氧化反应器为列管式固定床反应器，其内部结构主要零部件有：平板封头，管箱，法兰，螺栓，密封垫片，拉杆，定距管，支座，膨胀节，列管等组成。其中共有709根列管，其中706根列管内均匀填装催化剂。每根反应管直径为φ30×2.5 mm，催化剂装填高度1.6 m，共装填催化剂470 l。作用是将原料均四甲苯与热空气气化混合后在固定床反应器列管内的五氧二化钒催化剂的作用下，反应生成均酐产物、副产品及二氧化碳气体等。

固定床反应器催化剂的装填：

均酐生产氧化反应为非均相的催化反应，采用五氧化二钒为催化剂。反应器内催化剂的装填工作是生产过程中一项重要准备工作，是生产过程中非常重要的环节。催化剂装填质量的好坏不仅直接影响生产的进行，应该高度重视。

装填前的准备工作：

1）工具、仪器的准备工作。

装填所需工具：电子天平2台，测压差装置一台，保鲜袋若干，漏斗、石笔、护眼镜口罩、铁刷子、布条、橡皮塞、吸铁石等。

2）装填前，应检查各催化剂列管，保证所有列管畅通，管底无杂物，管壁无污物。具体做法用铁刷子刷每根列管的铁锈，在用布条擦一遍。保证列管干净无杂物，直至满足装填要求。

3）催化剂在装填前应选取在晴天进行，并先筛除粉末和碎块。

催化剂的装填：

催化剂的装填包括以下步骤。（见催化剂装填示意图）

1）搅拌催化剂，除去破裂和粉碎化的催化剂，将所购买的催化剂进行充分搅拌混合。

2）对催化剂进行称重，对磁环进行称重，确保每一列管中的催化剂与瓷环量一定。

3）在反应器底部装上弹簧，确保能够支撑催化剂与磁环。

4）加入称重好的磁环，磁环装填完毕，接着装入催化剂，最后再加入一层磁环。

5）对反应器的每个列管进行测压，对装填错误的列管进行重新装填。

6）封闭反应器上下封头管箱。

图2 列管装填催化剂示意图

3 均酐生产用固定床反应器的操作与控制

在均酐装置生产中，列管式固定床反应器是均酐生产过程中最重要设备，本装置使用的催化剂是黑龙江省石油化学研究院生产的HHY-3型催化剂。由于技术保密等原因，没有掌握其催化剂的动力学方程式。因此，只能根据黑龙江省石油化学研究院提供的工艺参数进行衡算。其空塔速度为4000 h-1、进料速度为56 kg/h、热点温度445℃、催化剂负荷60 g/（l·h）、转化率100%。根据年产量，设计固定床反应器大小，整个反应过程是一个放热反应，会释放大量的热，此时主要通过冷却系统，经液下泵将熔盐打入反应器下部，经分配后进入壳程，由固定床反应器上部经空气冷却器管间返回熔盐槽。在反应过程中一直保持熔盐系统循环。在反应过程中产生的多余热量在空气冷却器中与冷空气换热冷却后返回熔盐槽，保证反应热点温度的稳定。在生产过程中的异常现象主要是怕反应热点温度过高烧坏催化剂。所以对于反应热点过高所采取的措施有：

1）在空气流量不变的情况下，减少原料均四甲苯进料量。

2）在进料量不变的情况下，加大进入熔盐冷却器的冷空气量，从而降低熔盐温度。

3）在原料均四甲苯进料量不变的情况下，加大空气流量。

在正常生产情况下，装置一般都处于稳定状态，所以也可以适当提高反应器生产能力，主要有以下几个途径：

1）在原有反应器上适当增加进料浓度。现在进料浓度为（12～15）g/m3，若提高到（18～20）g/m3，则可增加20%～30%产量。但是该方案风险较大，热点温度不易控制。

2）在进料浓度不变的情况下，通过提高空速来提高催化剂的负荷，从而提高生产的收率。

4 结束语

固定床反应器在生产技术应用方面均积累了相当的许多成功经验，但是在生产过程中已发现，固定床反应器在化工应用过程中仍然存在许多问题，主要有压力降问题、温度高因素影响，反应器内部构件容易损坏等问题。所以必须加强固定床反应器的理论研究，研究固定床反应器其流动特性和反应性能等方面，使得在生产过程中能安全稳定的生产。

参考文献

[1]房鼎业，朱子彬.径向流动反应器工艺设计要点[J].化学工程；2001，29（1）：18-21.

[2]刘文明，刘雪东.径向流反应器的发展及应用[J].石油化工设备技术，2006，27（1）：56-61.

[3]汪开明.均苯四甲酸二酐的生产技术与应用开发[J].安徽化工，2000（05）.

[4]朱光衡.集散控制系统在均苯四甲酸二酐生产装置中的应用[J].化学工业与工程技术，2005（06）.

[5]赵增慧，夏丽.列管式固定床反应器的设计探讨[J].北京石油化工学院学报，2000（02）.

[6]李淼.列管式固定床反应器的模拟与设计[D].华东理工大学，2012.endprint

摘 要 固定床反应器是一种装填有固体催化剂或固体反应物用以实现多相反应过程的一种反应器。在当今化工企业的发展及世界能源的日益紧张的情况下，在工业生产中的节能降耗、减少投资、降低生产费用、提高经济效益尤为重要。由于固定床反应器具有许多特点，而被广泛应用于工业生产中。

关键词 均酐；固定床反应器；催化剂

中图分类号：TQ019 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）06-0081-02

随着化学工业及石油化工技术的发展，固定床反应器在化工生产中应用越来越广泛，在床层结构看，有固定床和移动床两种类型，尤其固定床用的比较多，一般都是将颗粒催化剂装填于固定床反应器中，形成催化剂反应床层，原料混合气通过固定床反应器时，催化剂在反应器列管中静止不动，混合气从催化剂颗粒间隙经过，通过催化氧化反应生成产物。固定床反应器适用于催化剂寿命时间较长的情况，不然经常更换比较麻烦。在均酐装置用固定床反应器，其结构相对比较简单，生产操作也比较方便。

1 固定床反应器的特点

南京化工职业技术学院实训基地有一套年产量为100吨的均酐生产装置，在生产装置中所用到的径向反应器是列管式固定床反应器，列管式固定床反应器又称填充床反应器，在列管里装填催化剂实现多相反应过程。催化剂通常呈颗粒状，根据形状、大小不同，在固定床反应器里填装一定高度的床层。床层静止不动，原料均四甲苯通过蒸汽加热、过滤，再由计量泵送入气化混合器中，通过热空气和原料均四甲苯气化混合，混合好后的混合气经过床层中的催化剂进行氧化反应，生产产物。固定床反应器主要用于实现气固相催化反应，生产实践证明，与轴向反应器相比，固定床反应器的优点：1）床层阻力较小。由于物料混合气径向流动，通过的混合气截面积大。在反应器床层体积一定时，混合气流过床层的压力降小，所以径向床层阻力较小。2）空气流速大。因为床层阻力小，在生产过程中可以采用高空速操作，提高装置的生产能力。

2 固定床反应器的组成

图1 氧化反应器结构图

在均酐装置中，氧化反应器为列管式固定床反应器，其内部结构主要零部件有：平板封头，管箱，法兰，螺栓，密封垫片，拉杆，定距管，支座，膨胀节，列管等组成。其中共有709根列管，其中706根列管内均匀填装催化剂。每根反应管直径为φ30×2.5 mm，催化剂装填高度1.6 m，共装填催化剂470 l。作用是将原料均四甲苯与热空气气化混合后在固定床反应器列管内的五氧二化钒催化剂的作用下，反应生成均酐产物、副产品及二氧化碳气体等。

固定床反应器催化剂的装填：

均酐生产氧化反应为非均相的催化反应，采用五氧化二钒为催化剂。反应器内催化剂的装填工作是生产过程中一项重要准备工作，是生产过程中非常重要的环节。催化剂装填质量的好坏不仅直接影响生产的进行，应该高度重视。

装填前的准备工作：

1）工具、仪器的准备工作。

装填所需工具：电子天平2台，测压差装置一台，保鲜袋若干，漏斗、石笔、护眼镜口罩、铁刷子、布条、橡皮塞、吸铁石等。

2）装填前，应检查各催化剂列管，保证所有列管畅通，管底无杂物，管壁无污物。具体做法用铁刷子刷每根列管的铁锈，在用布条擦一遍。保证列管干净无杂物，直至满足装填要求。

3）催化剂在装填前应选取在晴天进行，并先筛除粉末和碎块。

催化剂的装填：

催化剂的装填包括以下步骤。（见催化剂装填示意图）

1）搅拌催化剂，除去破裂和粉碎化的催化剂，将所购买的催化剂进行充分搅拌混合。

2）对催化剂进行称重，对磁环进行称重，确保每一列管中的催化剂与瓷环量一定。

3）在反应器底部装上弹簧，确保能够支撑催化剂与磁环。

4）加入称重好的磁环，磁环装填完毕，接着装入催化剂，最后再加入一层磁环。

5）对反应器的每个列管进行测压，对装填错误的列管进行重新装填。

6）封闭反应器上下封头管箱。

图2 列管装填催化剂示意图

3 均酐生产用固定床反应器的操作与控制

在均酐装置生产中，列管式固定床反应器是均酐生产过程中最重要设备，本装置使用的催化剂是黑龙江省石油化学研究院生产的HHY-3型催化剂。由于技术保密等原因，没有掌握其催化剂的动力学方程式。因此，只能根据黑龙江省石油化学研究院提供的工艺参数进行衡算。其空塔速度为4000 h-1、进料速度为56 kg/h、热点温度445℃、催化剂负荷60 g/（l·h）、转化率100%。根据年产量，设计固定床反应器大小，整个反应过程是一个放热反应，会释放大量的热，此时主要通过冷却系统，经液下泵将熔盐打入反应器下部，经分配后进入壳程，由固定床反应器上部经空气冷却器管间返回熔盐槽。在反应过程中一直保持熔盐系统循环。在反应过程中产生的多余热量在空气冷却器中与冷空气换热冷却后返回熔盐槽，保证反应热点温度的稳定。在生产过程中的异常现象主要是怕反应热点温度过高烧坏催化剂。所以对于反应热点过高所采取的措施有：

1）在空气流量不变的情况下，减少原料均四甲苯进料量。

2）在进料量不变的情况下，加大进入熔盐冷却器的冷空气量，从而降低熔盐温度。

3）在原料均四甲苯进料量不变的情况下，加大空气流量。

在正常生产情况下，装置一般都处于稳定状态，所以也可以适当提高反应器生产能力，主要有以下几个途径：

1）在原有反应器上适当增加进料浓度。现在进料浓度为（12～15）g/m3，若提高到（18～20）g/m3，则可增加20%～30%产量。但是该方案风险较大，热点温度不易控制。

2）在进料浓度不变的情况下，通过提高空速来提高催化剂的负荷，从而提高生产的收率。

4 结束语

固定床反应器在生产技术应用方面均积累了相当的许多成功经验，但是在生产过程中已发现，固定床反应器在化工应用过程中仍然存在许多问题，主要有压力降问题、温度高因素影响，反应器内部构件容易损坏等问题。所以必须加强固定床反应器的理论研究，研究固定床反应器其流动特性和反应性能等方面，使得在生产过程中能安全稳定的生产。

参考文献

[1]房鼎业，朱子彬.径向流动反应器工艺设计要点[J].化学工程；2001，29（1）：18-21.

[2]刘文明，刘雪东.径向流反应器的发展及应用[J].石油化工设备技术，2006，27（1）：56-61.

[3]汪开明.均苯四甲酸二酐的生产技术与应用开发[J].安徽化工，2000（05）.

[4]朱光衡.集散控制系统在均苯四甲酸二酐生产装置中的应用[J].化学工业与工程技术，2005（06）.

[5]赵增慧，夏丽.列管式固定床反应器的设计探讨[J].北京石油化工学院学报，2000（02）.

[6]李淼.列管式固定床反应器的模拟与设计[D].华东理工大学，2012.endprint

摘 要 固定床反应器是一种装填有固体催化剂或固体反应物用以实现多相反应过程的一种反应器。在当今化工企业的发展及世界能源的日益紧张的情况下，在工业生产中的节能降耗、减少投资、降低生产费用、提高经济效益尤为重要。由于固定床反应器具有许多特点，而被广泛应用于工业生产中。

关键词 均酐；固定床反应器；催化剂

中图分类号：TQ019 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）06-0081-02

随着化学工业及石油化工技术的发展，固定床反应器在化工生产中应用越来越广泛，在床层结构看，有固定床和移动床两种类型，尤其固定床用的比较多，一般都是将颗粒催化剂装填于固定床反应器中，形成催化剂反应床层，原料混合气通过固定床反应器时，催化剂在反应器列管中静止不动，混合气从催化剂颗粒间隙经过，通过催化氧化反应生成产物。固定床反应器适用于催化剂寿命时间较长的情况，不然经常更换比较麻烦。在均酐装置用固定床反应器，其结构相对比较简单，生产操作也比较方便。

1 固定床反应器的特点

南京化工职业技术学院实训基地有一套年产量为100吨的均酐生产装置，在生产装置中所用到的径向反应器是列管式固定床反应器，列管式固定床反应器又称填充床反应器，在列管里装填催化剂实现多相反应过程。催化剂通常呈颗粒状，根据形状、大小不同，在固定床反应器里填装一定高度的床层。床层静止不动，原料均四甲苯通过蒸汽加热、过滤，再由计量泵送入气化混合器中，通过热空气和原料均四甲苯气化混合，混合好后的混合气经过床层中的催化剂进行氧化反应，生产产物。固定床反应器主要用于实现气固相催化反应，生产实践证明，与轴向反应器相比，固定床反应器的优点：1）床层阻力较小。由于物料混合气径向流动，通过的混合气截面积大。在反应器床层体积一定时，混合气流过床层的压力降小，所以径向床层阻力较小。2）空气流速大。因为床层阻力小，在生产过程中可以采用高空速操作，提高装置的生产能力。

2 固定床反应器的组成

图1 氧化反应器结构图

在均酐装置中，氧化反应器为列管式固定床反应器，其内部结构主要零部件有：平板封头，管箱，法兰，螺栓，密封垫片，拉杆，定距管，支座，膨胀节，列管等组成。其中共有709根列管，其中706根列管内均匀填装催化剂。每根反应管直径为φ30×2.5 mm，催化剂装填高度1.6 m，共装填催化剂470 l。作用是将原料均四甲苯与热空气气化混合后在固定床反应器列管内的五氧二化钒催化剂的作用下，反应生成均酐产物、副产品及二氧化碳气体等。

固定床反应器催化剂的装填：

均酐生产氧化反应为非均相的催化反应，采用五氧化二钒为催化剂。反应器内催化剂的装填工作是生产过程中一项重要准备工作，是生产过程中非常重要的环节。催化剂装填质量的好坏不仅直接影响生产的进行，应该高度重视。

装填前的准备工作：

1）工具、仪器的准备工作。

装填所需工具：电子天平2台，测压差装置一台，保鲜袋若干，漏斗、石笔、护眼镜口罩、铁刷子、布条、橡皮塞、吸铁石等。

2）装填前，应检查各催化剂列管，保证所有列管畅通，管底无杂物，管壁无污物。具体做法用铁刷子刷每根列管的铁锈，在用布条擦一遍。保证列管干净无杂物，直至满足装填要求。

3）催化剂在装填前应选取在晴天进行，并先筛除粉末和碎块。

催化剂的装填：

催化剂的装填包括以下步骤。（见催化剂装填示意图）

1）搅拌催化剂，除去破裂和粉碎化的催化剂，将所购买的催化剂进行充分搅拌混合。

2）对催化剂进行称重，对磁环进行称重，确保每一列管中的催化剂与瓷环量一定。

3）在反应器底部装上弹簧，确保能够支撑催化剂与磁环。

4）加入称重好的磁环，磁环装填完毕，接着装入催化剂，最后再加入一层磁环。

5）对反应器的每个列管进行测压，对装填错误的列管进行重新装填。

6）封闭反应器上下封头管箱。

图2 列管装填催化剂示意图

3 均酐生产用固定床反应器的操作与控制

在均酐装置生产中，列管式固定床反应器是均酐生产过程中最重要设备，本装置使用的催化剂是黑龙江省石油化学研究院生产的HHY-3型催化剂。由于技术保密等原因，没有掌握其催化剂的动力学方程式。因此，只能根据黑龙江省石油化学研究院提供的工艺参数进行衡算。其空塔速度为4000 h-1、进料速度为56 kg/h、热点温度445℃、催化剂负荷60 g/（l·h）、转化率100%。根据年产量，设计固定床反应器大小，整个反应过程是一个放热反应，会释放大量的热，此时主要通过冷却系统，经液下泵将熔盐打入反应器下部，经分配后进入壳程，由固定床反应器上部经空气冷却器管间返回熔盐槽。在反应过程中一直保持熔盐系统循环。在反应过程中产生的多余热量在空气冷却器中与冷空气换热冷却后返回熔盐槽，保证反应热点温度的稳定。在生产过程中的异常现象主要是怕反应热点温度过高烧坏催化剂。所以对于反应热点过高所采取的措施有：

1）在空气流量不变的情况下，减少原料均四甲苯进料量。

2）在进料量不变的情况下，加大进入熔盐冷却器的冷空气量，从而降低熔盐温度。

3）在原料均四甲苯进料量不变的情况下，加大空气流量。

在正常生产情况下，装置一般都处于稳定状态，所以也可以适当提高反应器生产能力，主要有以下几个途径：

1）在原有反应器上适当增加进料浓度。现在进料浓度为（12～15）g/m3，若提高到（18～20）g/m3，则可增加20%～30%产量。但是该方案风险较大，热点温度不易控制。

2）在进料浓度不变的情况下，通过提高空速来提高催化剂的负荷，从而提高生产的收率。

4 结束语

固定床反应器在生产技术应用方面均积累了相当的许多成功经验，但是在生产过程中已发现，固定床反应器在化工应用过程中仍然存在许多问题，主要有压力降问题、温度高因素影响，反应器内部构件容易损坏等问题。所以必须加强固定床反应器的理论研究，研究固定床反应器其流动特性和反应性能等方面，使得在生产过程中能安全稳定的生产。

参考文献

[1]房鼎业，朱子彬.径向流动反应器工艺设计要点[J].化学工程；2001，29（1）：18-21.

[2]刘文明，刘雪东.径向流反应器的发展及应用[J].石油化工设备技术，2006，27（1）：56-61.

[3]汪开明.均苯四甲酸二酐的生产技术与应用开发[J].安徽化工，2000（05）.

[4]朱光衡.集散控制系统在均苯四甲酸二酐生产装置中的应用[J].化学工业与工程技术，2005（06）.

[5]赵增慧，夏丽.列管式固定床反应器的设计探讨[J].北京石油化工学院学报，2000（02）.

[6]李淼.列管式固定床反应器的模拟与设计[D].华东理工大学，2012.endprint